高昔铀矿床地质特征及碱交代对铀成矿的影响

2017-05-15周文俊

东华理工大学学报(自然科学版) 2017年4期

黄迪，吕川，周文俊

(1.核工业二七〇研究所，江西南昌 330200；2.江西省地质矿产勘查开发局九一六大队，江西九江 332100)

高昔铀矿床位于鹿井矿田东南面，矿床北部约0.5 km处为黄蜂岭铀矿床，目前该地区统称为黄高地区。区内出露的岩浆岩主要为印支期的中粗粒似斑状黑云母花岗岩，其次为少量的燕山期细粒少斑黑云母花岗岩。矿区内没有地层的出露。区内构造也较为复杂，主要由两条大的区域性构造控制了整个矿床，并且矿床内部发育有大量的断裂带(图1)。

1 矿床地质特征

1.1 岩浆岩

区内出露的岩浆岩主要为印支期(γ51-2)中粗粒似斑状黑云母花岗岩(图1)，其矿物主要有钾长石(34.5%)、斜长石(28.6%)、石英(30.6%)、黑云母(5.6%)。钾长石基本以微斜长石为主，条纹构造比较明显；斜长石呈不规则变晶状，常被钾长石交代形成缝合线结构；岩石普遍遭受到了自变质和热液蚀变作用，主要有水云母化、绿泥石化、硅化、碱性长石化、赤铁矿化和高岭土化等。

其次为燕山期(γ52-3)细粒少斑黑云母花岗岩，出露于矿区东北角。岩石为细粒少斑结构，岩性为钙碱性花岗岩，化学成分偏酸、偏钾和钙稍高，长石斑晶多受蚀变，暗色矿物黑云母等含量超过5%。

此前有学者对南岭地区花岗岩做过大量研究，发现南岭地区广泛发育具有较高铀含量的印支期过铝质花岗岩岩体(张成江，1990；张振华，1999)，有对鹿井地区的赋矿主岩做过U，Th含量的研究，发现该地区岩体含铀性较好，产铀岩体一般就是富铀岩体，且岩体中晶质铀矿含量为3.27×10-6。

图1 高昔铀矿床地质简图(据核工业302大队内部资料)Fig.1 Geological map of Gaoxi uranium ore deposit1.燕山早期第三阶段花岗岩；2.印支期第二阶段花岗岩；3.碱交代岩；4.角砾糜棱岩带及编号；5.硅化断裂带及编号；6.剖面线及其编号

1.2 断裂构造

高昔铀矿床处于鹿井矿田北东向的QFII，QFIII两条硅化断裂带夹持区域内，矿床中心部位发育一组北北东向的硅化角砾岩带(F1，F5，F6)，大致以300 m的间距单行展布，从而控制了北北东向碱交代岩蚀变带的分布和矿体的产出。

QFⅡ号带是矿田重要的导矿、容矿构造，其走向北东40°～75°，倾向南东，倾角50°～75°，走向长大于12 km，厚5～20 m，穿切东西接触带。早期以充填白色块状石英脉为主，铀成矿期发育大量杂色微晶石英和玉髓。黄峰岭矿床、庙背垅矿点就受QFⅡ号带控制。

QFⅢ号带为控矿构造，产状315～320°∠70°，宽几米至十多米，主要充填白色中粗晶石英脉，在有矿化部位见有棕红色玉髓胶结角砾岩和萤石化现象，围岩有不同程度破碎蚀变，往南西方向与QFⅣ号带斜接复合。

硅化角砾岩带F1为控矿断裂，走向NNE向，倾角85°；F5，F6为容矿构造，走向NNE向约25°～35°，倾角55°～65°，两条构造带近乎平行。

覃金宁等(2003)对鹿井地区断裂构造研究发现，Sb，Sn，Mo，Zn，Se，Be，U，Zr等元素与碱质呈正相关；Ba，Sb，Sn，Mo，Zn，V，Cr，Se，Be，P，Zn与硅质含量存在明显负相关，说明硅化过强对成矿元素的富集不利；铀成矿断裂构造带中，含矿碎裂花岗岩明显富含铁族元素(V，Cr，Co，Ni)、亲硫元素(Cu，Pb，Bi，Sb，Ag)，而这些元素在无矿的碎裂花岗岩中富集程度则相对较弱，说明铀成矿物质具有深源特征。

1.3 矿体特征

矿体主要赋存于印支期花岗岩中，受碱交代作用强烈，往往强碱交代岩就是矿石。矿体形态较为复杂，可能是由于矿体连续性差，矿化不均匀，以及矿化受岩性、多重构造控制。矿体主要产于硅化角砾岩带F1，F5，F6之间，受构造控制明显。

中粗粒似斑状黑云母花岗岩是高昔铀矿床最主要的赋矿围岩，其成分由钾长石、石英、黑云母、白云母、绿泥石、黄铁矿、赤铁矿等组成，具花岗结构，块状构造；近矿体岩石较为碎裂，主要蚀变有碱交代、硅化、绿泥石化、钾长石化、黄铁矿化及萤石化等。

图2 高昔铀矿床矿体剖面图(据核工业302大队内部资料)Fig.2 Profile map of orebody in Gaoxi uranium ore deposit1.铁染带下部边界；2.红化带下部边界；3.绿色带边界；4.中粗粒似斑状黑云母花岗岩；5.构造角砾岩带；6.矿体；7.已施工钻孔及编号

矿体规模较大，矿石内含有大量夹石。

高昔铀矿床整体品位较低，约为万分之三。矿体多呈透镜状、脉状、团块状，部分呈不规则陡倾斜矿体，且倾角一般大于或接近80°(曾庆燚，2012)，矿石红化、碎裂、绿泥石化和钠长石化较强，通常矿石越红品位越高。矿体总体走向25°～35°，F1，F6上下盘的矿体倾向南东，倾角一般47°～65°。走向长一般在40～120 m，其中长度>200 m的矿体6个，大于400 m的矿体2个。倾向延深一般40～100 m，延深最长可达180 m。厚度一般10 m以下，最大厚度19 m。主要矿体15个，其中I号、Ⅱ号矿体规模最大，属中、大型矿体(图2)。

高昔铀矿床矿石矿物主要为铀石、钛铀矿及铀钍石。矿石结构为显微碎裂结构、碎斑结构、变余花岗结构。矿石构造呈胶状、微脉浸染状、团块状构造、显微球状、角砾状构造及不规则状。与绿泥石、黄铁矿、萤石等共生较为密切，少量与金红石、锆石等共生。

1.4 围岩蚀变

围岩蚀变主要有碱交代、赤铁矿化、黄铁矿化、硅化、萤石化、绿泥石化等。矿前期主要为碱性长石化、绿泥石化、硅化、电气石化；成矿期为赤铁矿化、水云母化、硅化、黄铁矿化、萤石化、碳酸盐化、绿泥石化；矿后期主要有硅化、碳酸盐化、萤石化。

碱交代：钾长石化呈团块状分布，与围岩呈渐变关系(图3A)，表现在钾长石对斜长石的交代，蚀变较强处可见石英明显较少或消失，钾长石增加，呈肉红色，碎斑结构，伴随绿泥石化、黄铁矿化、赤铁矿化，岩石钾长石化伴随有SiO2的带出，有利于铀的活化；钠长石化呈棋盘状、细小粒状，棋盘状钠长石交代原岩中的矿物，而粒状钠长石形成时间较晚，晶体规则。

绿泥石化：普遍分布的为叶绿泥石化，由黑云母蚀变形成(图3B)。与铀矿化有关的为蠕绿泥石，岩石较深，并富含铁镁，粒径较小，一般为0.1～0.05 mm，有两种存在形式：一种交代条纹长石、正长石，被交代的矿物有时还保留原岩的轮廓；另一种呈脉状、网脉状分布于蚀变岩石中，或呈破碎岩的角砾胶结物产出，常与胶状黄铁矿和沥青铀矿紧密共生，多在富矿地带出现。

硅化：该蚀变为矿床普遍发育的一种类型，以脉状充填和交代两种方式产出，可分为三期：成矿前期以硅化交代为主，部分形成石英岩；成矿期充填微晶石英，常与胶状黄铁矿伴生，沥青铀矿分散在石英矿物颗粒之间；成矿后期为白色石英、梳状石英脉填充于岩石裂隙中。

黄铁矿化：该种矿化为矿床内普遍存在的蚀变类型之一，常见有脉状、粒状、粉末状和胶状(图3C)。可分为3期，早期黄铁矿为自形-半自形的颗粒或五角十二面体呈分散状分布于岩石或矿物颗粒之间；成矿期为胶状黄铁矿，通常呈浸染状、细脉状产出，镜下可见沥青铀矿沿胶状黄铁矿边缘沉淀，并有相互交代残留现象；后期黄铁矿多为立方体晶型或细小颗粒状、粉末状产出。

赤铁矿化：分布较为局限，仅在矿化地段出现，以填充交代两种方式产出，前者沿岩石裂缝和矿物裂纹填充呈细小赤铁矿脉后者肉眼观察表现为长石变红，呈猪肝色(图3D)。镜下见云雾状、分散状赤铁矿沿长石解理缝隙进行交代。

图3 围岩蚀变照片Fig.3 Photos of wall rock alteration

萤石化：呈细脉、网脉状、团块状、浸染状产出。成矿期萤石呈紫黑色，结晶程度较差，偶见于深部钻孔中(图3E)。成矿后期萤石颜色较浅，且结晶程度好，但分布也较少。

矿床围岩蚀变以相互叠加和连续过渡为特征，无明显的分带性，且具有相互叠加及联系过渡的特点。成矿期产物主要有蠕绿泥石化、胶状黄铁矿化、赤铁矿化、脉状绢云母化和微晶硅化等，均紧靠矿体。

2 晶质铀矿定年

笔者在电子探针测试中发现2颗晶质铀矿(图4)，样品为赋矿围岩，岩性为印支期中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩，采自高昔铀矿床247中段。具体定量分析结果见表1，从表1可以发现，晶质铀矿中UO2含量为90.25%～92.95%，均值91.60%。晶质铀矿中ThO2含量为3.04%～3.13%，Th的含量越低的晶质铀矿所在的岩体，越容易在后期改造作用中释放铀，因此越有利于成矿。晶质铀矿中PbO含量为2.57%～2.78%，Pb的含量与其形成时代有关，形成时代越早，Pb的含量越高。

本次晶质铀矿定年方法来源于法国的朗香和我国的夏毓亮学者(韦龙明，2014)。

朗香曾于1970年计算出了法国中央地块二云母花岗岩的年龄，他是利用电子探针所测得的U，Th，Pb的含量，并计算得出。然后根据U和Th的放射性衰变理论推导，得出经验公式：

t=7550 Pb/(U+0.365 Th)

式中，Th，U和Pb代表质量百分数，t为年龄(Ma)。

我国学者夏毓亮也利用电子探针得出了晶质铀矿年龄的计算公式：

t=7156 Pb/(U+0.315 Th)

式中，Th，U和Pb代表质量百分数，t为年龄(Ma)。

利用2个晶质铀矿进行电子探针定年。通过法国的朗香法和我国夏氏定年法计算可知，高昔铀矿床的印支期中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩的朗香年龄为212.6～222.9 Ma，夏氏年龄为201.8～211.6 Ma。

本次测得晶质铀矿年龄为201.8～222.9 Ma，与前人的研究数据基本一致。韩娟(2011)曾通过锆石SHRIMP U-Pb同位素定年，测到的锆石年龄为(235.4±1.1) Ma；罗毅等(2002)曾利用晶质铀矿进行电子探针定年，测得晶质铀矿年龄为214～242 Ma。

晶质铀矿的年龄代表该地区花岗岩成岩年龄，因此可以为高昔铀矿床赋矿围岩的侵位年代提供一定的依据。

图4 晶质铀矿赋存状态Fig.4 The occurrence state of uraniniteA.晶质铀矿(Ur)赋存于石英(Q)裂隙中；B.晶质铀矿(Ur)被长石(Fsp)包裹

样品编号UO2ThO2K2ONa2OCaOMgOAl2O3SiO2PbOTiO2NiOFeOMnOCr2O3Total可能的铀矿物HD-10-0190.2493.1300.0000.0130.0000.0120.0000.0502.5730.2750.0000.5210.0360.03896.897晶质铀矿2005-0392.9473.0430.0000.0000.0000.0000.0000.0392.7770.0000.0180.0500.0000.07398.947晶质铀矿

3 碱交代与铀成矿

碱交代作用能释放围岩中的铀，从而提供铀源，并且是热液成矿作用的一大前提(杜乐天，2002)。

碱交代作用能将赋矿围岩中含铀矿物中的铀带入到碱性热液中，且在成矿阶段伴有一些蚀变，如赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等。程华汉等(1998)就曾发现，碱交代岩中的晶质铀矿有溶蚀现象，说明在碱交代过程中，晶质铀矿有可能因为被碱性热液所溶蚀，从而使得铀被转移到成矿热液中。华南印支期及燕山期的花岗岩作为富铀岩体，其中可能含有大量的晶质铀矿，而碱交代作用能将这些晶质铀矿溶蚀并使得铀转移到成矿热液中，这也就是为什么碱交代作用对热液作用成矿的铀矿床如此重要的原因。

高昔铀矿床是一个典型的碱交代型铀矿床，矿体位于QFII，QFIII的次级断裂中，F5，F6两条硅化断裂带控制这矿体的走向，多数矿体均位于这两条硅化断裂带内。且这两条硅化断裂带内有大量的碱交代岩，往往强碱交代岩就是矿石。

高昔铀矿床成矿年龄为103～87 Ma，48 Ma(核工业302大队内部资料)，前人对碱交代岩所做的年龄测试为100 Ma(邵飞，2010)、(132.1±5.8) Ma(吴俊奇等，1998)，可以看出，碱交代蚀变明显发生在铀成矿之前，时差为几个到几十个百万年。而碱交代年龄又比围岩(印支期中粗粒斑状黑云母花岗岩)要小的多。张爱(2009)提出，如果按照传统的地质学观点，碱交代作用为自变质作用的话，那么其必然不包括岩浆期之后的热液作用，且花岗岩基从岩浆侵位到固结成岩一般不超过10～30 Ma，因此碱交代岩的年龄与围岩的年龄不应有如此大的差距，所以，仅从碱交代岩的年龄上来看，可能更接近于地幔流体成因。

而碱性热液具有较强的活化围岩中的铀的能力，在岩石破碎带间运移，与围岩发生反应，这也是为什么碱交代型铀矿床往往与断裂构造关系较为密切的原因之一。